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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines
Objektes (im Folgenden kurz als "Objekterfassungsvorrichtung" bezeichnet), die
zum Beispiel in einem Fahrzeug eingebaut ist, um ein Objekt wie
etwa ein vorausfahrendes Fahrzeug oder einen Abstand zu einem solchen
Objekt unter Verwendung einer elektromagnetischen Welle wie etwa
eines Laserlichts zu erfassen.
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Eine
herkömmliche,
in einem Fahrzeug eingebaute Objekterfassungsvorrichtung verwendet zum
Beispiel ein Laserlicht, um einen Abstand zu einem Objekt wie etwa
einem vorausfahrenden Fahrzeug zu erfassen. Diese Erfassungsvorrichtung
steuert periodisch eine Laserdiode an, um das Laserlicht in Richtung
des Bereichs vor dem Fahrzeug auszustrahlen, und erfasst das von
dem sich vor dem Fahrzeug befindenden Objekt (im Folgenden kurz
als "vorderes Objekt" bezeichnet) reflektierte
Laserlicht mit Hilfe eines Fotosensors. Die Erfassungsvorrichtung
misst den Abstand zu dem vorderen Objekt auf der Grundlage einer
Zeitdifferenz zwischen einem Lichtaussendezeitpunkt und einem Lichtempfangszeitpunkt.
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Wie
in der JP 2002-031685A offenbart ist, umfasst die Erfassungsvorrichtung
eine Wellenaussendeeinheit zum Aussenden eines Laserlichts, einen
Polygonspiegel und eine Wellenempfangseinheit zum Empfangen eines
reflektierten Laserlichts. Der Polygonspiegel weist die Form eines
Pyramidenstumpfes einer hexagonalen Pyramide auf und ist drehbar
als Ablenkspiegel ausgebildet.
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Die
Erfassungsvorrichtung wird in der rauhen Umgebung eines Fahrzeugs
eingesetzt. Daher sind die oben genannten Ablenkteile und optischen Komponenten,
sowie elektronische Schaltungen und dergleichen in einem Gehäuse untergebracht,
um vor gefrierendem Wasser und Fremdstoffen wie etwa Staub geschützt zu sein.
Das Gehäuse
umfasst ein Fenster, durch das Lichtstrahlen ausgesendet werden
(im Folgenden als "Wellenaussendefenster" bezeichnet) und
ein Fenster, durch das empfangene Lichtstrahlen eintreten (im Folgenden
als "Wellenempfangsfenster" bezeichnet), wobei
diese Fenster jeweils luft- oder fluiddicht mit transparenten Platten abgedeckt
sind. Diese transparenten Platten können jedoch Steinschlag etc.
ausgesetzt sein, so dass sie brechen oder zerbrechen können.
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Wenn
die Erfassungsvorrichtung weiterhin mit zerbrochenen transparenten
Platten benutzt wird, um das Objekt oder den Abstand zu erfassen,
dringen Fremdstoffe in das Gehäuse,
und verschiedene Komponenten im Innern des Gehäuses werden aufgrund von Vereisungen
rosten. Dies hat zur Folge, dass eine exakte Objekterfassung nicht
mehr möglich
ist.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Objekterfassungsvorrichtung
bereitzustellen, die in der Lage ist, eine unzureichende Luft- oder Fluiddichtheit
aufgrund eines gebrochenen Gehäuses
zu erfassen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Objekterfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug eine
Einheit zum Aussenden elektromagnetischer Wellen (im Folgenden als "Wellenaussendeeinheit" bezeichnet) und
Einheit zum Empfangen elektromagnetischer wellen (im Folgenden als "Wellenempfangseinheit" bezeichnet), die
in einem Gehäuse
untergebracht sind, welches ein Wellenaussendefenster und ein Wellenempfangsfenster
zur Erfassung eines Objekts oder eines Abstandes zu dem Objekt aufweist.
Die Vorrichtung umfasst ferner einen Sensor zum Erfassen eines Zustandes
im Inneren des Gehäuses
(im Folgenden als "Gehäuseinnenzustandssensor" bezeichnet), der
sich der Zustand im Inneren des Gehäuses ändert, wenn das Gehäuse bricht.
Der Gehäuseinnenzustandssensor
kann Temperaturen, Feuchtigkeit oder Drücke in dem Gehäuse (Gehäuseinnenzustände) erfassen.
Ein Bruch des Gehäuses
wird auf der Grundlage einer Änderung der
erfassten Gehäuseinnenzustände erfasst.
Darüber
hinaus kann zur Erfassung eines Bruchs des Gehäuses ein Gehäuseaußenzustand
verwendet werden.
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung,
die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gemacht wurde,
deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:
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1 eine
Querschnittsansicht einer Objekterfassungsvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Draufsicht einer Anordnung eines Polygonspiegels und
einer wellenempfangseinheit und dergleichen gemäß der ersten Ausführungsform;
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3 eine
schematische Ansicht einer Anordnung eines Temperatursensors und
einer Steuerungsschaltung gemäß der ersten
Ausführungsform;
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4 eine
schematische Ansicht einer Anordnung eines Temperatursensors und
einer Steuerungsschaltung in einer Modifikation der ersten Ausführungsform;
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5 eine
schematische Ansicht einer Anordnung eines Feuchtigkeitssensors
und einer Steuerungsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
schematische Ansicht einer Anordnung eines Temperatursensors, eines
Drucksensors und einer Steuerungsschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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(Erste Ausführungsform)
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst eine
Objekterfassungsvorrichtung ein quaderförmiges Gehäuse und verschiedene Komponenten,
die in dem Gehäuse 1 untergebracht
sind. Die Vorrichtung ist in einem Fahrzeug eingebaut, um als Laserradar verwendet
zu werden. Die Vorrichtung ist so angeordnet, dass sie ein Laserlicht
(elektromagnetische welle) in der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs,
in 1 nach rechts und in 2 nach unten,
aussendet, um einen Abstand zu einem vorderen Objekt wie etwa einem
vorausfahrenden Fahrzeug während
einer automatischen Fahrtregelung (auto-cruise control) zu erfassen.
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Das
Gehäuse 1 umfasst
ein erstes Gehäuse 1a und
ein zweites Gehäuse 1b.
Das erste Gehäuse 1a ist
kastenförmig
und an einer Seite (untere Seite in 1) geöffnet. In
dem ersten Gehäuse 1a sind verschiedene
Komponenten untergebracht. Das erste Gehäuse 1a umfasst ein
Wellenaussendefenster 1c und ein Wellenempfangsfenster 1d,
die nebeneinander angeordnet sind. Die Fenster 1c und 1d können aus
einer lichtdurchlässigen
Platte aus Harz wie etwa Glas- oder Acrylharz hergestellt sein.
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Das
zweite Gehäuse 1b ist
aus einem plattenförmigen
Harz hergestellt. Die Gehäuse 1a und 1b sind über ein
dazwischen angeordnetes Dichtungselement 1e miteinander
verbunden. Das zweite Gehäuse 1b weist
einen elektrischen Verbinder 1f auf, der aus Harz hergestellt
ist. Der Verbinder 1f ragt teilweise von dem zweiten Gehäuse 1b hervor,
um die (nicht gezeigten) elektrischen Teile zu verbinden, die innerhalb
und außerhalb
des Gehäuses 1 angeordnet
sind.
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In
dem Gehäuse 1 (1a und 1b)
sind eine Wellenaussendeeinheit 2, ein Reflexionsspiegel 3,
ein Polygonspiegel 4 und eine elektrische Schaltungsplatine 6 aufgenommen.
Die Schaltungsplatine 6 umfasst eine elektronische Steuerungsschaltung (3–6),
die mit der Wellenaussendeeinheit 2 verbunden sind, eine
Wellenempfangseinheit 5 und dergleichen, um ein vorderes
Objekt zu erfassen und den Abstand zu dem vorderen Objekt zu messen.
Die Wellenempfangseinheit 5 ist so in dem Gehäuse 1 untergebracht,
dass sie dem Lichtempfangsfester 1d gegenüberliegt,
und umfasst eine Fresnellinse 5a und eine Wellenempfangsvorrichtung 5b.
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Die
Wellenaussendeeinheit 2 wird von der Steuerungsschaltung 6a angesteuert,
die auf der Schaltungsplatine 6 angeordnet ist, und strahlt
das Laserlicht in Richtung des Reflexionsspiegels 3 aus. Die
Wellenaussendeeinheit 2 kann eine Laserdiode umfassen,
um das Laserlicht in Pulsform auszusenden.
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Der
Reflexionsspiegel 3 reflektiert das von der Aussendeeinheit 3 ausgesendete
Laserlicht und richtet es auf den Polygonspiegel 4. Der
Reflexionsspiegel 3 ist durch ein Halteteil 7,
das an der Innenwand des Gehäuses 1 befestigt
ist, schwenkbar an dem Gehäuse 1 befestigt.
Der Reflexionsspiegel 3 kann zum Beispiel durch einen (nicht gezeigten)
Motor betätigt
und von der Steuerungsschaltung 6a der Schaltungsplatine 6 gesteuert
sein, um die Richtung der Reflexion einzustellen. Der Reflexionsspiegel 3 reflektiert
das Laserlicht in Richtung des Polygonspiegels 4.
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Der
Polygonspiegel 4 weist die Form eines Pyramidenstumpfes
einer hexagonalen Pyramide auf und wird durch das Gehäuse 1 gestützt. Der
Polygonspiegel 4 ist um eine Achse des Pyramidenstumpfes drehbar
und wird ebenfalls durch einen (nicht gezeigten) Motor betätigt und
durch die Steuerungsschaltung 6a der Schaltungsplatine 6 gesteuert.
Der Polygonspiegel 4 weist um seinen gesamten Umfang Reflexionsspiegeloberflächen auf,
von denen jede als Ablenkreflexionsspiegel arbeitet.
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Insbesondere
reflektiert der Polygonspiegel 4 das von der Aussendeeinheit 2 ausgesendete
und durch den Reflexionsspiegel 3 reflektierte Laserlicht und
richtet das Laserlicht durch das Aussendefenster 1c auf
den Bereich vor dem Fahrzeug. Wenn der Polygonspiegel 4 gedreht
wird, ändert
sich der Winkel, den eine jeweilige Seitenfläche des Polygonspiegels 4 mit
dem Laserstrahl einnimmt. Als Folge davon ändert sich der Projektionswinkel
des Laserlichts, um so einen vorbestimmten Bereich vor dem Fahrzeug
abzurastern.
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Die
Wellenempfangseinheit 5 umfasst die Fresnellinse 5a und
die Wellenempfangsvorrichtung 5b wie etwa eine Fotodiode.
Die Fresnellinse 5a bündelt
das von dem vorderen Objekt reflektierte und durch das Wellenempfangsfenster 1d eintretende
Laserlicht. Die Wellenempfangsvorrichtung 5b empfängt das
von dem vorderen Objekt reflektierte, durch das Wellenempfangsfenster 1d empfangene
und von der Fresnellinse 5a gebündelte Laserlicht. Die Wellenempfangsvorrichtung 5b erzeugt
eine Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom, die mit der empfangenen
Lichtintensität
variieren. Die Ausgangsspannung bzw. der Ausgangsstrom wird der Steuerungsschaltung 6a der
Schaltungsplatine 6 zugeführt.
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Die
Wellenempfangseinheit 5 ist seitlich von dem Polygonspiegel 4 (rechts
in 2) angeordnet. Und zwar ist sie von der Rotationsachse
des Polygonspiegels 4 in lateraler Richtung versetzt. Auf
der Schaltungsplatine 6 sind verschiedene elektrische Schaltungen,
einschließlich
der Steuerungsschaltung 6a installiert.
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Die
oben beschriebene Objekterfassungsvorrichtung wird aktiv, wenn ein
Schalter zur automatischen Fahrregelung (im Folgenden als "Fahrregelungsschalter" bezeichnet), der
sich im Fahrzeuginnenraum befindet, eingeschaltet wird.
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Insbesondere
wird, während
das Fahrzeug fährt,
der Reflexionsspiegel 3 motorbetätigt zu einem vorbestimmten
Winkel bewegt, der zur Erfassung eines Objekts eingestellt ist.
Die Wellenaussendeeinheit 2 strahlt das Laserlicht zu einem
vorbestimmten Zeitpunkt aus, und der Reflexionsspiegel 3 und
der Polygonspiegel 4 reflektieren das ausgesendete Laserlicht,
so dass das Laserlicht durch das Wellenaussendefenster 1c von
dem Fahrzeug nach vorn gerichtet wird, wie es in 1 gezeigt
ist.
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Wenn
das Laserlicht von einem Objekt wie etwa einem vorausfahrenden Fahrzeug
reflektiert wird, tritt das Laserlicht durch das Wellenempfangsfenster 1d in
das Gehäuse 1 ein.
Dieses reflektierte Laserlicht wird durch die Fresnellinse 5a gebündelt und
von der Wellenempfangsvorrichtung 5b empfangen.
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Die
Wellenempfangsvorrichtung 5b erzeugt das der Intensität des empfangenen
Laserlichts entsprechende Ausgangssignal, und dieses Ausgangssignal
wird der Steuerungsschaltung 6a zugeführt. Auf diese Weise wird nicht
nur das Vorhandensein eines vorderen Objekts aus dem verstärkten Ausgangssignal
erfasst, sondern es wird außerdem
der Abstand (d) zu dem Objekt als Funktion der Zeitdifferenz (Td)
zwischen dem Laserlichtaussendezeitpunkt und dem Laserlichtempfangszeitpunkt
unter Berücksichtigung
der Lichtgeschwindigkeit (V) zu d = V × Td / 2 berechnet.
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Dieser
berechnete Abstand kann durch den Verbinder 1f der Motorsteuerung
ECU oder einer (nicht gezeigten) Bremssteuerung ECU zugeführt werden,
so dass ein Fahrzeugmotor oder eine Fahrzeugbremsvorrichtung automatisch
reguliert werden kann, um den gewünschten Abstand zu dem vorausfahrenden
Fahrzeug aufrechtzuerhalten.
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Wie
in 3 gezeigt ist, ist ein Temperatursensor 10 in
dem Gehäuse 1 als
Gehäuseinnenzustandssensor
angeordnet, um die Temperatur in dem Gehäuse 1 zu erfassen.
Während
des oben beschriebenen Objekterfassungsvorgangs wird das Ausgangssignal
des Temperatursensors 10 der Steuerungsschaltung 6 zugeführt, so
dass die Steuerungsschaltung 6a einen Bruch des Gehäuses 1,
das die Fenster 1c und 1d enthält, aus der in dem Gehäuse 1 erfassten
Temperatur erfasst.
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Insbesondere
berechnet die Steuerungsschaltung 6a eine Änderungsrate
der erfassten Temperaturen und vergleicht die Änderungsrate mit einem vorbestimmten
Wert, um zu bestimmen, ob das Gehäuse 1 (1c, 1d)
gebrochen oder zerbrochen ist. Die Änderungsrate ist nicht so hoch,
wenn das Gehäuse 1 nicht
gebrochen ist, da sich die Innentemperatur aufgrund der Wärmekapazität des Gehäuses 1 nur
langsam ändert.
Die Änderungsrate
erhöht
sich stark, wenn das Gehäuse 1 aufgrund
des Bruchs nicht mehr so luft- oder
fluiddicht ist, wenn die Außenluft
in das Gehäuse
einströmt.
Somit zeigt eine große Änderungsrate
der erfassten Temperaturen den Bruch des Gehäuses 1 an.
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Ein
Ausgangssignal, das den Bruch des Gehäuses 1 anzeigt, wird
von der Steuerungsschaltung 6a über den Verbinder 1f zu
einem äußeren Teil
wie etwa einer Instrumententafel übertragen. Auf diese Weise
wird ein Fahrer über
den Bruch des Gehäuses 1 informiert,
so dass das Gehäuse 1 repariert
werden kann. Folglich wird verhindert, dass Fremdstoffe in das Gehäuse 1 eindringen
oder verschiedene Teile in dem Gehäuse 1 durch Frostbildung
rosten.
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Als
eine Modifikation der ersten Ausführungsform kann eine Mehrzahl
von Temperatursensoren verwendet werden, um den Bruch des Gehäuses 1 zu
erfassen. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor an einer Position
(A in 1) in der Nähe des
zweiten Gehäuses 1b,
das vorzugsweise aus spritzgegossenem Aluminium hergestellt ist,
angeordnet sein, so dass es aufgrund der Wärmeleitfähigkeit und spezifischen Wärme von
Aluminium eine vergleichsweise hohe Wärmekapazität aufweist. Ein weiterer Temperatursensor
kann an einem Rand (B in 1) der Schaltungsplatine 6 angeordnet
sein, die vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt
ist, so dass sie aufgrund der Wärmeleitfähigkeit
und der spezifischen Wärme
des glasfaserverstärkten
Kunststoffes, die kleiner als diejenigen des Aluminiums sind, eine
vergleichsweise geringe Wärmekapazität aufweist.
Die Steuerungsschaltung 6a berechnet zwei Temperaturänderungsraten,
die von jeweiligen Temperatursensoren erfasst werden, und bestimmt
auf der Grundlage einer Differenz zwischen den zwei berechneten Änderungsraten,
ob das Gehäuse 1 gebrochen
oder zerbrochen ist.
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Ferner
kann zusätzlich
zu dem Temperatursensor 10 in dem Gehäuse 1, wie es in 4 gezeigt ist,
ein weiterer Temperatursensor 20 außerhalb des Gehäuses 1 als
Außenzustandssensor
zur Erfassung der Umgebungstemperatur vorgesehen sein. Ein Ausgangssignal
des Temperatursensors 30 wird ebenfalls der Steuerungsschaltung 6a zugeführt. Die Steuerungsschaltung 6a berechnet
eine Änderungsrate
der von dem Temperatursensor 20 erfassten Umgebungstemperatur,
berechnet eine Differenz zwischen der Änderungsrate der Temperaturen
in dem Gehäuse 1 und
der Änderungsrate
der Temperaturen außerhalb
des Gehäuses 1 und
bestimmt, dass das Gehäuse
gebrochen ist, wenn die berechnete Differenz einen vorbestimmten
Wert überschreitet.
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Der
Temperatursensor 20 kann ein Temperatursensor sein, der
in weiteren Vorrichtungen wie etwa einer Klimaanlage verwendet wird,
die sich von der Objekterfassungsvorrichtung unterscheiden.
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(Zweite Ausführungsform)
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In
der zweiten Ausführungsform,
wie sie in 5 gezeigt ist, ist ein Feuchtigkeitssensor 30 als Gehäuseinnenzustandssensor
in dem Gehäuse 1 angeordnet,
um die Feuchtigkeit in dem Gehäuse 1 zu
erfassen. Ein Ausgangssignal des Feuchtigkeitssensors 6a wird
ebenfalls der Steuerungsschaltung 6a zugeführt. Die
Feuchtigkeit in dem Gehäuse 1 ändert sich
stark, wenn das Gehäuse 1 gebrochen
ist. Die Steuerungsschaltung 60a berechnet eine Änderung
der erfassten Feuchtigkeit und vergleicht diese mit einem vorbestimmten
Wert. Die Schaltung 60a bestimmt, dass das Gehäuse 1 gebrochen
ist, wenn die berechnete Änderungsrate
den Schwellenwert überschreitet.
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Als
eine Modifikation der zweiten Ausführungsform kann in dem Gehäuse 1 zusätzlich zu
dem Feuchtigkeitssen sor 30 ein Temperatursensor 10 vorgesehen
sein. Solange das Gehäuse 1 nicht
gebrochen ist, besteht zwischen der Temperatur und der Feuchtigkeit
in dem Gehäuse 1 normalerweise eine
bestimmte Beziehung. Diese Beziehung kann experimentell bestimmt
werden.
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Die
Steuerungsschaltung 6a berechnet eine Beziehung zwischen
der durch den Temperatursensor 10 erfassten Temperatur
und der durch den Feuchtigkeitssensor 30 erfassten Feuchtigkeit
und vergleicht sie mit der experimentell bestimmten Beziehung. Die
Steuerungsschaltung 6a bestimmt, dass das Gehäuse 1 gebrochen
ist, wenn die berechnete Beziehung außerhalb eines erlaubten Abweichungsbereichs
liegt, der aus der experimentell bestimmten Beziehung bestimmt wird.
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(Dritte Ausführungsform)
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In
der dritten Ausführungsform,
wie sie in 6 gezeigt ist, ist in dem Gehäuse 1 ein
Drucksensor 40 als der Gehäuseinnenzustandssensor zusätzlich zu
dem Temperatursensor 20 vorgesehen, um den Druck im Innern
des Gehäuses
zu erfassen. Ein Ausgangssignal des Drucksensors 40 wird
ebenfalls der Steuerungsschaltung 6a zugeführt. Solange
das Gehäuse 1 nicht
gebrochen ist, besteht zwischen der Temperatur und dem Druck in
dem Gehäuse
normalerweise eine bestimmte Beziehung. Diese Beziehung kann experimentell
bestimmt werden.
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Die
Steuerungsschaltung 6a berechnet eine Beziehung zwischen
der durch den Temperatursensor 10 erfassten Temperatur
und des durch den Drucksensor 40 erfassten Drucks und vergleicht
sie mit der experimentell bestimmten Beziehung. Die Steuerungsschaltung 6a bestimmt,
dass das Gehäuse 1 gebrochen
ist, wenn die berechnete Beziehung außerhalb eines erlaubten Abweichungsbereichs liegt,
der aus der experimentell bestimmten Beziehung bestimmt wird.
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(Weitere Ausführungsformen)
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen
können
verschiedene Teile des Gehäuses 1 und verschiedene
Teile in dem Gehäuse 1 unterschiedlich
angeordnet sein. Zum Beispiel können
das Wellenaussendefenster 1c und das Wellenempfangsfenster 1d in
vertikaler Richtung angeordnet sein. Darüber hinaus können verschiedene
andere elektromagnetische Wellen als das Laserlicht verwendet werden.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung bezüglich
der bevorzugten Ausführungsformen
offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von diesen zu ermöglichen,
sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene
Weisen verwirklicht werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass sie
alle möglichen
Ausführungsformen
und Ausgestaltungen zu den gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, die
realisiert werden können,
ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie es in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.